第五章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其應(yīng)用

1、一一半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)DRAMDRAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM：使用電容作存儲(chǔ)元件，需要刷新電路。：使用電容作存儲(chǔ)元件，需要刷新電路。集成度高，反應(yīng)快，功耗低，但需要刷新電路。集成度高，反應(yīng)快，功耗低，但需要刷新電路。存儲(chǔ)器中的信息可讀可寫(xiě)，但失電后會(huì)丟失信息。存儲(chǔ)器中的信息可讀可寫(xiě)，但失電后會(huì)丟失信息。1.1.雙極型：由雙極型：由TTLTTL電路組成基本存儲(chǔ)單元，存取速度快。電路組成基本存儲(chǔ)單元，存取速度快。2.2.MOSMOS型：由型：由CMOSCMOS電路組成基本存儲(chǔ)單元，集成度高、功電路組成基本存儲(chǔ)單元，集成度高、功耗低。耗低。SRAMSRAM：靜態(tài)：靜態(tài)RAMRAM。存

2、儲(chǔ)單元使用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可帶電信。存儲(chǔ)單元使用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可帶電信息可長(zhǎng)期保存。息可長(zhǎng)期保存。三存儲(chǔ)器外部信號(hào)引線：三存儲(chǔ)器外部信號(hào)引線：D D0 07 7數(shù)據(jù)線：傳送存儲(chǔ)單元內(nèi)容。數(shù)據(jù)線：傳送存儲(chǔ)單元內(nèi)容。根數(shù)與單元數(shù)據(jù)位數(shù)相同。根數(shù)與單元數(shù)據(jù)位數(shù)相同。 A A0 09 9地址線：選擇芯片內(nèi)部一個(gè)存儲(chǔ)單元。地址線：選擇芯片內(nèi)部一個(gè)存儲(chǔ)單元。根數(shù)由存儲(chǔ)器容量決定。根數(shù)由存儲(chǔ)器容量決定。 二二存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖R/WR/W(OE/WE)(OE/WE)讀寫(xiě)允許線讀寫(xiě)允許線打開(kāi)數(shù)據(jù)通道，決定數(shù)據(jù)的傳打開(kāi)數(shù)據(jù)通道，決定數(shù)據(jù)的傳送方向和傳送時(shí)刻。送方向和傳送時(shí)刻。CSCS片選線：片選線：選擇

3、存儲(chǔ)器芯片。選擇存儲(chǔ)器芯片。當(dāng)當(dāng)CSCS信號(hào)無(wú)效，信號(hào)無(wú)效，其他信號(hào)線不起作用。其他信號(hào)線不起作用。 二二存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)器內(nèi)部為雙向地址譯碼，以節(jié)省內(nèi)部引線和驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)器內(nèi)部為雙向地址譯碼，以節(jié)省內(nèi)部引線和驅(qū)動(dòng)器單向譯碼需要單向譯碼需要10241024根譯碼輸出線和驅(qū)動(dòng)器。根譯碼輸出線和驅(qū)動(dòng)器。如：如：1 1K K容量存儲(chǔ)器，有容量存儲(chǔ)器，有1010根地址線。根地址線。雙向譯碼雙向譯碼 X X、Y Y方向方向各為各為3232根譯碼輸出線根譯碼輸出線和驅(qū)動(dòng)器，和驅(qū)動(dòng)器，總共需要總共需要6464根譯碼根譯碼線和線和6464個(gè)驅(qū)動(dòng)器。個(gè)驅(qū)動(dòng)器。 5-1-1 5-1-1 靜態(tài)靜態(tài)RA

4、M Intel 6116RAM Intel 6116、62646264工作方式CSOEWEDi讀001DOUT寫(xiě)010DIN禁止1Z工作時(shí)，工作時(shí)，ROMROM中的信息只能讀出，要用特殊方式寫(xiě)入中的信息只能讀出，要用特殊方式寫(xiě)入( (固化信息固化信息) )，失電后可保持信息不丟失。，失電后可保持信息不丟失。1.1.掩膜掩膜ROMROM：不可改寫(xiě)不可改寫(xiě)ROMROM由生產(chǎn)芯片的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜由生產(chǎn)芯片的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫(xiě)入信息，用戶(hù)只可讀。工藝寫(xiě)入信息，用戶(hù)只可讀。2.2.PROMPROM：可編程可編程ROMROM用戶(hù)可進(jìn)行一次編程。存儲(chǔ)單元電路由熔絲相

5、連，當(dāng)用戶(hù)可進(jìn)行一次編程。存儲(chǔ)單元電路由熔絲相連，當(dāng)加入寫(xiě)脈沖，某些存儲(chǔ)單元熔絲熔斷，信息永久寫(xiě)入，加入寫(xiě)脈沖，某些存儲(chǔ)單元熔絲熔斷，信息永久寫(xiě)入，不可再次改寫(xiě)。不可再次改寫(xiě)。3.3.EPROMEPROM：可擦除可擦除PROMPROM用戶(hù)可以多次編程。編程加寫(xiě)脈沖后，某些存儲(chǔ)單用戶(hù)可以多次編程。編程加寫(xiě)脈沖后，某些存儲(chǔ)單元的元的PNPN結(jié)表面形成浮動(dòng)?xùn)?，阻擋通路，?shí)現(xiàn)信息寫(xiě)入。結(jié)表面形成浮動(dòng)?xùn)?，阻擋通路，?shí)現(xiàn)信息寫(xiě)入。用紫外線照射可驅(qū)散浮動(dòng)?xùn)牛行畔⑷坎脸?，便用紫外線照射可驅(qū)散浮動(dòng)?xùn)牛行畔⑷坎脸?，便可再次改?xiě)?？稍俅胃膶?xiě)。4.4.EEPROMEEPROM：可電擦除可電擦除PROMPR

6、OM既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又能失電保存信息，具備能失電保存信息，具備RAMRAM、ROMROM的優(yōu)點(diǎn)。但寫(xiě)入時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。但寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)。較長(zhǎng)。5-2-15-2-1 5-2-2 5-2-2 EEPROM 2816EEPROM 2816 4 4讀寫(xiě)線讀寫(xiě)線OEOE、WE(R/W) WE(R/W) 連接讀寫(xiě)控制線連接讀寫(xiě)控制線RDRD、WRWR。存儲(chǔ)器與微型機(jī)三總線的連接：存儲(chǔ)器與微型機(jī)三總線的連接： DBDB0 0n n ABAB0 0N ND D0 0n nA A0 0N N ABABN+1N+1CSCSR/ WR/ WR/ WR/

7、 W微型機(jī)微型機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1 1數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D D0 0n n連接數(shù)據(jù)總線連接數(shù)據(jù)總線DBDB0 0n n 2 2地址線地址線A A0 0N N連接地址總線低位連接地址總線低位ABAB0 0N N。3.3.片選線片選線CSCS連接地址總線高位連接地址總線高位ABABN+1N+1。5-3-1 5-3-1 存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)充存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)充用多片存儲(chǔ)器芯片組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所要求的用多片存儲(chǔ)器芯片組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所要求的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。存儲(chǔ)器系統(tǒng)。要求擴(kuò)充后的存儲(chǔ)器系統(tǒng)引出線符合微型計(jì)算機(jī)要求擴(kuò)充后的存儲(chǔ)器系統(tǒng)引出線符合微型計(jì)算機(jī)機(jī)的總線結(jié)構(gòu)要求。機(jī)的總線結(jié)構(gòu)要求。一一.擴(kuò)充存儲(chǔ)器位數(shù)擴(kuò)充存儲(chǔ)器位數(shù)

8、例例1 1用用2 2K K1 1位存儲(chǔ)器芯片組成位存儲(chǔ)器芯片組成 2 2K K8 8位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。例例2 2用用2 2K K8 8位存儲(chǔ)器芯片組成位存儲(chǔ)器芯片組成2 2K K1616位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。例例1 1用用2K2K1 1位存儲(chǔ)器芯片組成位存儲(chǔ)器芯片組成 2K2K8 8位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。當(dāng)?shù)刂贰⑵x和讀寫(xiě)信號(hào)有效，可并行存取當(dāng)?shù)刂?、片選和讀寫(xiě)信號(hào)有效，可并行存取8位信息位信息例例2 2用用2K2K8 8位存儲(chǔ)器芯片組成位存儲(chǔ)器芯片組成2K2K1616位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。CED07D07R/WR/WCECEA010A010D07D815R/WA01

9、0地址、片選和讀寫(xiě)引線并聯(lián)后引出，數(shù)據(jù)線并列引出地址、片選和讀寫(xiě)引線并聯(lián)后引出，數(shù)據(jù)線并列引出二二. .擴(kuò)充存儲(chǔ)器容量擴(kuò)充存儲(chǔ)器容量例例用用1K4位存儲(chǔ)器芯片組成位存儲(chǔ)器芯片組成4K8位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。位存儲(chǔ)器系統(tǒng)。片選方法：片選方法： 1.1.線選法線選法微型機(jī)剩余高位地址總線直接連接各存儲(chǔ)器片選線。微型機(jī)剩余高位地址總線直接連接各存儲(chǔ)器片選線。 2 2譯碼片選法譯碼片選法微型機(jī)剩余高位地址總線通過(guò)地址譯碼器輸出片選信號(hào)。微型機(jī)剩余高位地址總線通過(guò)地址譯碼器輸出片選信號(hào)。多片存儲(chǔ)器芯片組成大容量存儲(chǔ)器連接常用片選方法。多片存儲(chǔ)器芯片組成大容量存儲(chǔ)器連接常用片選方法。二二. .擴(kuò)充存儲(chǔ)器容量擴(kuò)充存

10、儲(chǔ)器容量地址線、數(shù)據(jù)線和讀寫(xiě)控制線均并聯(lián)。地址線、數(shù)據(jù)線和讀寫(xiě)控制線均并聯(lián)。 為保證并聯(lián)數(shù)據(jù)線上沒(méi)有信號(hào)沖突，必須用片選信號(hào)為保證并聯(lián)數(shù)據(jù)線上沒(méi)有信號(hào)沖突，必須用片選信號(hào)區(qū)別不同芯片的地址空間。區(qū)別不同芯片的地址空間。例例三片三片8KB8KB的存儲(chǔ)器芯片組成的存儲(chǔ)器芯片組成 24KB 24KB 容量的存儲(chǔ)器。容量的存儲(chǔ)器。確定各存儲(chǔ)器確定各存儲(chǔ)器芯片的地址空間：芯片的地址空間：D07R/WCEA012D07R/WCE1A012CE2D07R/WCEA012D07R/WCEA012CE3設(shè)設(shè)CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3分別連接微型機(jī)分別連接微型機(jī)的高位地址總線的高位地址總線AB

11、AB1313、ABAB1414、ABAB1515ABABi i 1514131215141312 111098 7 6 5 4 111098 7 6 5 4 3 2 1 03 2 1 01514131215141312 111098 111098 7 6 5 47 6 5 4 3 2 1 03 2 1 0 ：1101100 0000 0000 00000 0000 0000 00001101101 1111 1111 1111=C000H1 1111 1111 1111=C000HDFFFHDFFFH：1011010 0000 0000 00000 0000 0000 00001011011

12、1111 1111 1111=A000H1 1111 1111 1111=A000HBFFFH BFFFH ：0110110 0000 0000 00000 0000 0000 00000110111 1111 1111 1111=6000H1 1111 1111 1111=6000H7FFFH 7FFFH 2 2譯碼片選法譯碼片選法 3-8 3-8 地址譯碼器：地址譯碼器：7474LS138LS1382 2譯碼片選法譯碼片選法Y Y0 0、Y Y1 1、Y Y2 2分別連接三片存儲(chǔ)器的片選端分別連接三片存儲(chǔ)器的片選端CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3AB13AB14AB15 +5

13、V A Y0 B Y1 C Y2 G1 G2A.B Y774LS138各片存儲(chǔ)器芯片分配各片存儲(chǔ)器芯片分配地址：地址：CE1CE2CE3：00000000H H1FFFH1FFFH：2000H2000H3FFFH3FFFH：4000H4000H5FFFH5FFFH5-3-15-3-1 存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接存儲(chǔ)器與微型機(jī)三總線存儲(chǔ)器與微型機(jī)三總線的一般連接方法和存儲(chǔ)器的一般連接方法和存儲(chǔ)器讀寫(xiě)時(shí)序。讀寫(xiě)時(shí)序。1.1.數(shù)據(jù)總線與地址總線數(shù)據(jù)總線與地址總線為兩組獨(dú)立總線。為兩組獨(dú)立總線。 DBDB0 0n n ABAB0 0N ND D0 0n nA A0 0N N ABABN+

14、1N+1CSCSR/ WR/ WR/ WR/ W微型機(jī)微型機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器DB0n地址輸出地址輸出數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采樣采樣R/WAB0N5-3-15-3-1 存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接2.2.微型機(jī)復(fù)用總線結(jié)構(gòu)微型機(jī)復(fù)用總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與地址分時(shí)共用一數(shù)據(jù)與地址分時(shí)共用一組總線。組總線。單片機(jī)單片機(jī) AD0n ALER/WD0nA0nR/W存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Di Qi G地址地址鎖存器鎖存器ALE地址地址鎖存鎖存地址地址鎖存鎖存地址地址輸出輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)有效有效地址地址輸出輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)有效有效AD0n數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采樣采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采樣采樣R/W8 8位位地址鎖存器地址鎖存器 74LS3737

15、4LS373、8282828274LS373、8282 功能鎖存輸出允許輸出G(STB)OEQi10Di0不變1Z當(dāng)單片機(jī)外接芯片較多，超出總線負(fù)載能力，必須當(dāng)單片機(jī)外接芯片較多，超出總線負(fù)載能力，必須加總線驅(qū)動(dòng)器。加總線驅(qū)動(dòng)器。單向驅(qū)動(dòng)器單向驅(qū)動(dòng)器7474LS244LS244用于用于地址總線驅(qū)動(dòng)地址總線驅(qū)動(dòng)雙向驅(qū)動(dòng)器雙向驅(qū)動(dòng)器7474LS255LS255用于用于數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)二二微型機(jī)總線擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)微型機(jī)總線擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)MCS-51MCS-51用于擴(kuò)展存儲(chǔ)器的外部總線信號(hào)：用于擴(kuò)展存儲(chǔ)器的外部總線信號(hào)：P P0.00.7： 8 8位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)和低8 8位地址信號(hào)，復(fù)用總線位地址信號(hào)，

16、復(fù)用總線ADAD0 07 7。P P2.02.7： 高高8 8位地址信號(hào)位地址信號(hào)ABAB8 81515ALEALE：地址鎖存允許控制信號(hào)地址鎖存允許控制信號(hào)PSENPSEN：片外程序存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)片外程序存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)RDRD：片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)WRWR：片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)控制信號(hào)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)控制信號(hào)EAEA：程序存儲(chǔ)器選擇程序存儲(chǔ)器選擇5-3-35-3-3 存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接實(shí)例存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接實(shí)例5-3-35-3-3 存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接實(shí)例存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接實(shí)例一一.擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器電路：擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器電路：80318031擴(kuò)展擴(kuò)展2 2KB

17、EPROMKB EPROMIntel 2716 Intel 2716 常用常用EPROMEPROM芯片：芯片：Intel 2716(2KIntel 2716(2K8 8位位) )、2732(42732(4KB)KB)、2764(8KB)2764(8KB)、27128(16KB)27128(16KB)、27256(32KB)27256(32KB)、27512(64KB)27512(64KB)。5-3-35-3-3 存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接實(shí)存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接實(shí)例例二二. 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路：擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路：常用常用EPROMEPROM芯片：芯片：Intel 6116(2KB)Intel 6116(2KB)、6264(8KB)6264(8KB)、62256(32KB)62256(32KB)。80318031擴(kuò)展擴(kuò)展2 2KB RAM KB RAM Intel 6116Intel 6116四